알루미늄 합금으로 만든 번트왁스 주조 

알루미늄 합금의 번트왁스 주조 기술: 공정에 대한 완전한 분석

알루미늄 합금으로 만든 번트 왁스 주조는 중요한 부품을 후속 가공하지 않고도 표면 거칠기가 Ra 1.6~3.2μm인 복잡한 형상의 부품을 생산할 수 있는 유일한 산업 방법입니다. 모래나 코크스 주조와 달리 이 기술은 모델이 고온에서 단순히 증발하기 때문에 내부 공동을 위한 성형 코어가 필요하지 않습니다. 우리는 15년 넘게 이 프로세스를 사용해 왔으며 부품에 3mm 미만의 얇은 벽이 있거나 복잡한 내부 냉각 채널이 있는 경우 기존 주조 방법을 사용하면 40%의 경우 결함이 발생하는 반면, 손실된 모델은 구조의 무결성을 보장한다고 말할 수 있습니다.

이 방법의 주요 장점은 AK7ch(AlSi7Mg) 및 AK9ch(AlSi9Cu3)와 같은 합금을 사용하여 고압에서 작동하는 부품을 만들 수 있다는 것입니다. 치수 정확도는 ISO 8062-3에 따라 클래스 CT4-CT5에 도달하므로 조정 없이 어셈블리를 조립할 수 있습니다. 그러나 많은 구매자는 간단한 브래킷이나 대규모 슬래브에 대해 이 기술을 선택하는 실수를 범합니다. 여기서는 왁스 장비의 높은 비용으로 인해 경제적 효율성이 떨어집니다. 우리의 관행에 따르면 수익성은 복잡한 부품의 경우 50개 배치, 평균적인 복잡성 요소의 경우 500개 배치부터 시작됩니다.

주조 생산을 위한 단계별 기술 프로세스

이 과정은 금속을 녹이는 것이 아니라 참조 마스터 모델을 만드는 것으로 시작됩니다. 이 단계의 오류는 치명적입니다. 금형 형상의 편차에 알루미늄 수축 계수(실루민의 경우 약 1.3%)가 곱해집니다. 우리는 0.01mm의 정확도로 CNC 기계에서 제조된 알루미늄 또는 강철 금형을 사용합니다. 대량 생산을 위해서는 여러 개의 금형을 사용하는 것이 좋습니다. 그러면 하나의 왁스 모델 비용이 35% 절감됩니다. 이해하는 것이 중요합니다. 마스터 모델의 재료는 열 변형을 보상하기 위해 최종 주조 재료에 최대한 가까운 열팽창 계수를 가져야 합니다.

1. 왁스 모형 만들기.용융된 왁스는 4~6 MPa의 압력으로 금형에 주입됩니다. 왁스 온도는 65~70°C 범위에서 엄격하게 제어됩니다. 과열로 인해 점도가 변하고 치수 안정성이 손실됩니다. 냉각 후 모델을 제거하고 충전 결함이 있는지 육안으로 검사합니다. 이 단계에서는 잘못된 금형 온도로 인해 결함이 나타나는 경우가 많습니다. 즉, 왁스 표면이 무뎌지고 이는 조기 경화를 나타냅니다.
2. 클러스터(나무)의 집합입니다.개별 왁스 패턴은 가열된 도구를 사용하여 중앙 게이팅 시스템에 용접됩니다. 게이팅 시스템의 형상은 각 부품에 대해 개별적으로 계산됩니다. 채널이 너무 좁으면 냉접점이 발생하고, 너무 넓으면 금속이 과도하게 소모되고 절단이 어려워집니다. 우리는 접합을 위해 모델 자체와 동일한 온도에서 녹는 특수 왁스 막대를 사용합니다. 스프루 연결 각도를 5도 이상 위반하면 타설 중에 금속 흐름에 난류가 발생합니다.
3. 세라믹 쉘 성형.클러스터는 내화성 충전제(전기코런덤 또는 지르콘)와 결합제(에틸 실리케이트 또는 콜로이드 실리카)의 현탁액에 담겨 있습니다. 각 층 후에 모래가 도포됩니다. 쉘 두께가 6~8mm가 될 때까지 이 과정을 7~9회 반복합니다. 실내 습도(60% 이하)와 온도(20~22°C)를 관리하는 것이 중요합니다. 층이 너무 빨리 건조되면 부을 때 금속이 뚫릴 수 있는 미세 균열이 형성됩니다(“돌파구”).
4. 왁스를 태우고 주형을 소성합니다.완성된 주형을 오토클레이브에 넣고 0.3~0.5MPa의 압력과 160~170°C의 온도에서 증기를 가해 왁스를 녹이고 씻어냅니다. 남은 흔적은 850~950°C 오븐에서 2~4시간 동안 하소하여 제거됩니다. 이 단계는 매우 중요합니다. 소성 온도가 충분하지 않으면 탄소성 잔류물이 남게 되며, 이는 용융된 알루미늄과 접촉할 때 가스 다공성을 유발하게 됩니다. 우리는 틀을 붓기 직전에 오븐에서 꺼내 온도를 최소 600°C로 유지해야 합니다.
5. 충전 및 냉각.용융된 알루미늄 합금(온도 720~740°C)을 원심력이나 진공의 영향으로 금형에 붓습니다. 진공 주조는 금속의 수소 함량을 줄이기 때문에 중요한 부품에 적합합니다. 경화 시간은 백의 무게에 따라 다릅니다. 작은 부품의 경우 10~15분, 큰 부품의 경우 최대 1시간입니다. 물로 급속 냉각하는 것은 금지되어 있습니다. 이는 주물과 함께 세라믹 쉘의 열충격 및 파괴를 유발합니다.

냉각 후 세라믹 쉘은 유압 해머 또는 진동 장치로 파손됩니다. 게이팅 시스템은 기계적(톱 사용)으로 분리되거나 높은 정확도가 필요한 경우 전기적 침식으로 분리됩니다. 최종 작업은 세라믹 잔여물을 제거하고 표면의 외관을 개선하기 위한 쇼트 블라스팅입니다. 기억하십시오: 용융 중 충전재의 청결도가 유지되지 않으면 이상적인 주조라도 제어 단계에서 거부될 수 있습니다.

알루미늄 합금의 선택과 그것이 제품 특성에 미치는 영향

모든 알루미늄 합금이 매몰 주조 공정에서 똑같이 우수한 성능을 발휘하는 것은 아닙니다. 브랜드 선택은 완제품의 작동 조건에 따라 결정됩니다. 우리 실습에서 가장 흔한 것은 Al-Si 시스템의 합금인 실루민입니다. 유동성이 뛰어나 왁스 모형의 얇은 부분을 채우는 데 매우 중요합니다.

합금 AK7ch (GOST 1583-93에 따른 AL9).실리콘 함량이 약 7%인 공융 합금입니다. 밀봉된 하우징, 펌프 부품 및 압력 부품에 이상적입니다. 나트륨이나 스트론튬으로 변성한 후 미세한 구조로 인해 이 합금은 높은 연성과 내식성을 나타냅니다. 그러나 인장 강도는 200-220 MPa로 제한됩니다. 부품이 충격 하중을 받는 경우 이것만으로는 충분하지 않을 수 있습니다.

합금 AK9ch(AK9pch).최대 9%의 실리콘 및 구리 첨가제가 포함되어 있습니다. 구리의 존재는 강도를 250-280 MPa로 증가시키지만 내식성을 감소시키고 고온 균열 경향으로 인해 주조 공정을 복잡하게 만듭니다. 건조한 환경에서 작동하거나 페인트 코팅으로 보호되는 부품에만 이 합금을 권장합니다. AK9ch를 주조할 때 냉각 속도를 엄격하게 제어할 필요가 있습니다. 빠른 응고로 인해 구리가 분리되고 결정립 경계를 따라 부서지기 쉬운 상이 형성됩니다.

합금 AK8ch(AL34).마그네슘 및 구리 첨가제가 포함된 범용 합금입니다. 이는 우수한 강도(최대 240 MPa)와 만족스러운 주조 유동성을 결합합니다. 자동차 산업에서 서스펜션 브래킷과 변속기 부품에 자주 사용됩니다. 이 합금의 특별한 특징은 열처리(경화 + 노화)를 통해 경화가 가능하여 경도가 90-100 HB까지 증가한다는 것입니다. 하지만 명심하세요: 열처리는 벽이 얇은 부품의 뒤틀림을 유발할 수 있으므로 가능한 변형을 고려하여 가공 허용치를 설계하십시오.

주물을 주문할 때 필요한 강도 등급과 작동 조건을 명시하십시오. 잘못된 합금을 사용하는 것은 조기 제품 고장의 가장 일반적인 원인입니다. 예를 들어, 고하중 레버에 AK8ch 대신 AK7ch 합금을 사용하려고 하면 설계된 200,000회 하중 주기 대신 50,000회 하중 주기 후에 피로 파손이 발생합니다.

품질 관리 및 일반적인 주조 결함

모든 기술을 준수하더라도 알루미늄 합금의 탄 왁스 모델을 사용한 주조에는 특정 결함이 발생할 수 있습니다. 그 특성을 이해하면 설계 단계에서 결함을 예방할 수 있습니다. 결함의 주요 유형은 표면적 결함과 내부 결함으로 나눌 수 있습니다.

가스 다공성.금속 내부나 파단면에 둥근 구멍처럼 보입니다. 그 이유는 용융물이 수소로 포화되기 때문입니다. 알루미늄은 용융 중에 수소를 적극적으로 흡수하며, 이는 결정화 중에 방출되어 기포를 형성합니다. 해결책: 염소 함유 염 정제를 이용한 용융 정제를 사용하거나 붓기 전에 불활성 가스(아르곤)로 퍼징합니다. 각 제련 전 명시적인 방법(밀도 테스트)을 사용하여 수소 함량을 의무적으로 모니터링하도록 도입하고 있습니다.

냉접점.두 개의 금속 흐름이 만나지만 융합되지 않는 주물 표면의 선이나 이음새입니다. 이는 금형이나 금속의 온도가 낮거나, 타설 속도가 너무 느릴 때 발생합니다. 시각적으로 균열과 비슷하지만 기계적 응력이 가해지면 열리지 않습니다. 이를 방지하려면 주입 온도를 740~750°C로 높이거나 주입 속도를 높이기 위해 게이팅 시스템 설계를 최적화해야 합니다.

수축 껍질.질량이 집중된 장소(리브 접합부)에 숨겨진 공극. 결정화 방향을 위반하여 형성됩니다. 금속이 고르지 않게 경화되고 중앙의 액상은 게이트에서 영양을 공급받지 못합니다. 이 문제를 해결하는 유일한 방법은 금형에 냉장고를 올바르게 배치하고 부품의 형상을 변경하는 것입니다(벽 두께를 균등화하기 위해 기술적 돌출부를 추가).

세라믹 함유물.금속에 갇힌 껍질 입자. 타설 중 몰드가 파괴되거나 쉘 층의 접착력이 좋지 않아 발생합니다. 이러한 결함은 응력 집중 장치 역할을 하므로 매우 위험합니다. 우리는 용융물이 모래와 접촉하는 것을 방지하기 위해 첫 번째 레이어에 메쉬를 강화하고 순수 지르콘으로 마감 레이어를 갖춘 다층 시스템을 사용합니다.

당사의 품질 관리 부서는 방사선 사진 검사(GOST R 50.05.01)를 사용하여 중요한 배치의 내부 결함을 식별합니다. 각 주조 배치에 대해 우리는 메인 배치와 함께 주조된 증인 샘플의 화학적 조성 및 기계적 테스트에 대한 스펙트럼 분석을 수행합니다. 이를 통해 당사는 선언된 특성 준수를 보장할 수 있습니다.

경제적 효율성과 생산 시간

많은 잠재 고객은 알루미늄 합금으로 왁스를 주조하는 것이 항상 다른 방법보다 비용이 많이 든다고 잘못 생각하고 있습니다. 이는 단순한 부품을 대량 생산하는 경우에만 해당됩니다. 부가가치가 높은 복잡한 구성 요소의 경우 이 기술은 종종 가공 감소로 인해 이점을 얻습니다.

복잡한 내부 채널을 갖춘 기어박스 하우징의 생산을 예로 들어보겠습니다. 모래 주조에는 4-5개의 금속 막대 생산, 주형 조립, 주조 후 막대 제거 및 채널 깊은 가공이 필요합니다. 가공 비용은 완제품 가격의 최대 60%에 달할 수 있습니다. 손실된 모델을 사용하면 채널이 즉시 형성되고 처리 여유가 최소화됩니다(4~5mm 대신 1~2mm). 금속 가공 비용을 절감하면 100개 배치로도 왁스 및 세라믹 비용을 충당할 수 있습니다.

첫 번째 배치(시제품)의 생산 시간은 일반적으로 영업일 기준 15~20일입니다. 이 중 3D 모델을 개발하고 CNC에서 마스터 모델을 만드는 데 5~7일이 소요되고, 파일럿 왁스 몰드를 만드는 데 3~4일, 시험 용해를 수행하고 주물을 얻는 데 5~7일이 소요됩니다. 대량 생산의 경우 주요 장비가 이미 준비되어 있으므로 주기가 7~10일로 단축됩니다. 수출 배송을 위한 운송 물류 및 통관을 위해 3~5일의 추가 여유 시간을 확보하는 것이 좋습니다.

중요한 비용 요소는 게이팅 시스템의 무게입니다. 어떤 경우에는 게이트의 무게가 유용한 주물 무게의 2~3배를 초과합니다. 클러스터 최적화를 통해 금속 소비를 15~20% 줄일 수 있으며 이는 완제품의 킬로그램당 가격에 직접적인 영향을 미칩니다. 우리 엔지니어들은 물리적으로 왁스 모델을 만들기 전에 금형 충진 시뮬레이션 소프트웨어(Magmasoft 또는 ProCAST)를 사용하여 스프루 볼륨을 최소화합니다.

다양한 산업 분야에 적용

이 기술은 금속 1kg의 가격보다 신뢰성과 정확성이 더 중요한 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다. 항공 산업에서는 계측기 하우징, 제어 시스템 요소 및 엔진 브래킷이 로스트 왁스 모델을 사용하여 알루미늄 합금으로 만들어집니다. 이러한 부품에 대한 요구 사항은 ASTM B26 시리즈 표준 또는 러시아 GOST R 53472에 의해 규제됩니다. 여기에서는 미세한 다공성도 허용되지 않으므로 각 배치는 100% X선 검사를 거칩니다.

자동차 산업에서는 터보차저 부품, 흡기 매니폴드, 고급 서스펜션 부품을 생산하는 데 이 방법이 사용됩니다. 예: 층류 공기 흐름에 최적화된 복잡한 모양의 흡기 매니폴드. 사출 성형에서는 채널 내부의 금형 분할선 없이 이러한 형상을 만들 수 없으므로 공기 역학이 손상될 수 있습니다. 잃어버린 모델은 벽이 매끄러운 모놀리식 구조를 제공하여 엔진 효율을 2~3% 높입니다.

식품 및 제약 산업에서도 이러한 주물을 펌프 및 밸브용으로 적극적으로 사용하고 있습니다. 매끄러운 표면(Ra연마 후 < 1.6 µm)은 박테리아 축적을 방지하고 청소를 더 쉽게 만듭니다. 독성 원소(납, 카드뮴)를 포함하지 않는 AK7ch 유형의 합금은 식품 접촉에 대한 인증을 받았습니다. 우리는 위생 요구 사항이 특히 엄격한 음료 충전 장비 제조업체에 이러한 구성 요소를 공급합니다.

장비에 대한 요구사항이 가장 엄격한 에너지 및 석유화학 부문에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 이는 회사가 운영되는 산업입니다.무석개성전력석유화학설비유한회사, 티타늄 쉘 앤 튜브 열 교환기, ASME 장치 및 공기 냉각기와 같은 고부하 시스템의 설계 및 제조를 전문으로 합니다. 제품의 주요 재료는 종종 스테인레스강(316, 321), C46400 해양 황동, C70600 구리-니켈 합금 또는 N06625 니켈 합금이지만 정밀 주조에 사용되는 정밀 제조 및 품질 관리 원칙은 신뢰할 수 있는 튜브 시트 및 복잡한 열 전달 장비 어셈블리를 만드는 기초입니다. PED 및 ASME 표준 인증을 받은 Wuxi Kaisheng 제품은 높은 내부식성과 정유, 해수 담수화 및 조선에 중요한 극한의 압력과 온도에서 작동할 수 있는 능력을 보여줍니다. 첨단 파운드리 기술과 전력 장비 생산 경험의 시너지 효과를 통해 전 세계 산업 시설의 안정적인 운영을 보장하는 맞춤형 솔루션을 만들 수 있습니다.

의료기기 제조업체인 당사 고객 중 한 명이 센서 모듈 홀더에서 진동 문제를 겪었습니다. 단일 조각을 밀링하여 제조된 부품은 특성의 이방성을 가지며 특정 주파수에서 공명했습니다. 인베스트먼트 주조로의 전환을 통해 내부 입자 구조를 변경하고 경제적으로 기계 가공이 불가능했던 감쇠 보강재를 추가할 수 있게 되었습니다. 그 결과, 진동 수준이 40% 감소하여 센서의 수명이 연장되었습니다.

자주 묻는 질문

한 캐스팅의 최대 무게는 얼마입니까?

기술적으로 최대 50~70kg의 부품을 주조하는 것이 가능하지만 경제적으로 실현 가능한 한도는 10~15kg입니다. 질량이 증가함에 따라 수축 결함의 위험이 급격히 증가하고 용융 및 주입을 위한 보다 강력한 장비가 필요합니다. 무거운 장치의 경우 결합 옵션을 제공하는 경우가 많습니다. 주 동력 요소는 여러 개의 작은 주조물에서 용접됩니다.

용광로에서 바로 유색 주물을 얻을 수 있습니까?

아니요. 주조 후 알루미늄 주조의 색상은 은회색이며 산화물로 인해 노란 색조가 나타날 수 있습니다. 장식 코팅(아노다이징, 분체 도장)은 기계적 세척 및 탈지 후에만 적용됩니다. 알루미늄 합금의 번트 왁스 주조는 높은 표면 마감으로 인해 양극 산화 처리에 탁월한 기반을 제공하지만 주조 공정 자체는 금속의 색상을 변화시키지 않습니다.

귀하가 수락하는 최소 주문량(MOQ)은 얼마입니까?

고유한 금형 제작과 관련된 새 프로젝트의 경우 최소 수량은 일반적으로 50개입니다. 이는 장비 비용의 감가 상각 때문입니다. 기성품 왁스 모델이나 몰드가 이미 있는 경우 10개 주문을 처리할 준비가 되어 있지만 라인을 재정비하는 데 드는 간접비로 인해 생산 단위당 비용이 훨씬 더 높아질 것입니다.

재료 인증서를 제공합니까?

예, 각 주조 배치에 스펙트럼 분석 및 기계적 테스트 결과가 포함된 품질 인증서를 첨부합니다. 필요한 경우 공인된 시험소에서 독립적인 시험을 실시하는 것도 가능합니다. 당사의 모든 생산 공정은 ISO 9001 인증을 받아 배치부터 완제품까지 모든 열의 추적성을 보장합니다.

결론 및 다음 단계

알루미늄 합금의 왁스 주조는 공작물을 얻는 단순한 방법이 아니라 엔지니어링 최적화 도구입니다. 이를 통해 여러 부품을 하나로 결합하고, 얇은 벽으로 인해 구조물의 무게를 줄이고, 값비싼 기계 가공을 제거할 수 있습니다. 그러나 프로젝트의 성공 여부는 매우 초기 단계에서 설계의 제조 가능성을 올바르게 평가하는 데 달려 있습니다.

이 기술로의 업그레이드를 고려 중이거나 기존 프로젝트에 대한 신뢰할 수 있는 파트너를 찾고 있다면 설계 문서 감사를 미루지 마십시오. 우리 엔지니어들은 도면을 무료로 분석하고 장기적으로 예산을 절약할 수 있는 주조 최적화 옵션을 제공할 준비가 되어 있습니다.

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